Inconel 718鍛件性能 gh4169高溫合金棒熱處理參數(shù)

Inconel 718（GH4169）高溫合金熱處理工藝

INCONEL 718合金(IN718)自從20世紀(jì)60年代初在美國的INCO Huntington Alloys(現(xiàn)為Special Metals Co.)被發(fā)明并應(yīng)用于渦輪零部件制造后,已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用較為廣泛的鎳基高溫合金材料?，F(xiàn)代飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上超過30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的關(guān)鍵零部件由718合金制成。本文回顧了718合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用歷史,對(duì)該合金的基本力學(xué)性能、高溫穩(wěn)定性,以及目前國外應(yīng)用的鑄、鍛制造工藝現(xiàn)狀做了綜述。對(duì)國外正在研究的新型IN718衍生替代合金的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹。

Inconel718鎳基高溫合金是目前使用較廣合金其中之一。 GH4169 合金性能佳的使用溫度范圍為-253 °C~650 °C，此時(shí)不僅強(qiáng)度和塑性非常高，屈服強(qiáng)度和持久度也很高，同時(shí)抗輻射、耐腐蝕，焊接性能也很優(yōu)異，因此 GH4169 合金廣泛應(yīng)用于核能、石油以及航空航天等領(lǐng)域。這使得這款合金自推出開始，就受到各界的關(guān)注，目前其產(chǎn)量可達(dá)鎳基高溫合金總產(chǎn)量的 50%左右。

INCONEL718合金是含鈮、鉬的沉淀硬化型鎳鐵基高溫合金，其微觀結(jié)構(gòu)為奧氏體組織，具有優(yōu)良的綜合性能，是應(yīng)用為的高溫合金之一。用金相顯微鏡及X線衍射技術(shù)研究了Inconel 718合金中δ相在不同溫度下的溶解行為.結(jié)果發(fā)現(xiàn):在980 ℃、1 000 ℃、1 020 ℃保溫過程中,合金中δ相的含量逐漸降低,且形狀由長針狀變?yōu)槎贪魻罨蝾w粒狀;1 020 ℃保溫2 h后δ相可*溶入基體;980 ℃、1 000 ℃保溫時(shí),δ相的平衡含量分別約為3 %及0.6 %;保溫開始階段,δ相的溶解速度較快并近似為常數(shù).隨著保溫時(shí)間的延長,溶解速度逐漸降低,980 ℃保溫30 min及1 000 ℃保溫2 h后,δ相的溶解速度趨于零詳細(xì)信息:

GH4169、GH169（中國）

NC19FeNb（法國）

NiCr19Fe19Nb5、Mo3（德國）

NA 51（英國）

Inconel718、UNS NO7718(美國）

NiCr19Nb5Mo3(ISO)

熔化溫度范圍1260～1320℃

Inconel718的機(jī)加工需在固溶處理后進(jìn)行，要考慮到材料的加工硬化性，與奧氏體不銹鋼不同的是， Inconel718適合采用低表面切削速度。

焊接

沉淀硬化型的Inconel718合金很適合于焊接，無焊后開裂傾向。適焊性、易加工性、高強(qiáng)度是這種材料的幾大優(yōu)點(diǎn)。

Inconel718適合于電弧焊、等離子焊等。在焊接前，材料表面要潔凈、無油污、無粉筆記號(hào)等，焊縫周圍25mm 范圍內(nèi)要打磨露出光亮的金屬。高溫合金簡介

一、高溫合金是使用溫度超過600℃的合金，它在高溫下具有較高力學(xué)性能、抗氧化和抗熱腐蝕性能2。高溫合金按基體成分可分為三大類：(1)鐵基高溫合金。該合金主要以鐵為主，含有大量的Ni、Cr及其它元素，也稱為Fe-NiCr基合金。(2)鎳基高溫合金。該合金主要以Ni為主，一般含有10-25%的C,也稱為NiCr 基合金。（(3）鉆基高溫合金。該合金主要成分為Co,也稱為Co-Ni-Cr基合金。其中鎳基高溫合金發(fā)展快，使用也廣，鐵基高溫合金次之。按強(qiáng)化方式分為固溶強(qiáng)化合金和析出強(qiáng)化合金(或稱時(shí)效沉淀強(qiáng)化合金)等。按生產(chǎn)工藝分為變形合金（GHD、鑄造合金(K)、粉未末冶金合金和機(jī)械合金化合金。

高溫合金性能主要取決于合金成分和它的組織結(jié)構(gòu)，如難熔金屬元素Mo、W以及Co起到固溶強(qiáng)化作用，Al、Ti、Nb等γ相形成元素起到析出強(qiáng)化作用。一般認(rèn)為，強(qiáng)化效果應(yīng)該計(jì)算W+Mo和y'相形成元素的總量，而Co和Cr居于次要地位，合金的持久強(qiáng)度隨著合金元素總量的增加而提高。

高溫合金組織中，特別重要的是析出相的類型、結(jié)構(gòu)、形狀、大小、數(shù)量和其分布情況，它們直接影響了高溫合金的性能。如y'相和"相是高溫合金中主要的強(qiáng)化相。另外，碳化物也是高溫合金中重要的強(qiáng)化相，常見的碳化物有

MC、M2C4、M,C、MAC等，所有這些碳化物的大小、形狀、數(shù)量及其分布都可以通過熱處理進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

正因?yàn)楦邷睾辖鹗且环N能承受復(fù)雜應(yīng)力并在相當(dāng)嚴(yán)苛的環(huán)境下進(jìn)行高溫工作的合金，它已經(jīng)成為現(xiàn)代航空燃?xì)鉁u輪、艦船燃?xì)廨啓C(jī)、地面渦輪和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的重要材料，如壓氣機(jī)盤、壓氣機(jī)葉片、渦輪導(dǎo)向葉片、渦輪工作葉片、渦輪

GH4169沉淀強(qiáng)化鎳基高溫合金

二、化學(xué)成分：

碳C:≤0.08

鉻Cr：17.0～21.0

鎳Ni：50~55

鈷Co：≤1.00

鉬Mo：≤2.8~3.30

鋁Al：0.20～0.8

鈦Ti：0.65～1.15

鈮Nb：4.75～5.50

硼B：≤0.006

錳Mn：≤0.35

硅Si：≤0.35

硫S：≤0.015

銅Cu：≤0.30

磷P：≤0.015

鐵Fe 余量

物理性能：

密度g/cm3（8.24）

熔點(diǎn)℃（1260~1320）

熱導(dǎo)率λ/(W/m℃)( 14.7(100℃))

比熱容J/kg℃（435）

彈性模量GPa（199,9）

剪切模量GPa（77,2）

電阻率μΩm （----）

泊松比（0.3）

線膨脹系數(shù)a/10-6℃-1 （11.8(20~100℃)）。

熱處理方式（固溶處理）

抗拉強(qiáng)度σb/MPa（965）

屈服強(qiáng)度σp0.2/MPa （550）

延伸率σ5 /%（30）

布氏硬度 HBS（≥363）

合金的另一個(gè)特點(diǎn)是合金組織對(duì)熱加工工藝特別敏感，掌握合金中的相互沉淀和溶解規(guī)律、組織和工藝以及性能之間的關(guān)系?？筛鶕?jù)不同的使用要求制定合理可行的工藝程序，獲得各種可滿足不同強(qiáng)度水平和使用要求的零件。供應(yīng)的品種包括鍛件、鍛造棒、軋制棒、冷軋棒、圓形蛋糕、圓形蛋糕、圓形零件、板、皮帶、絲綢、管道等?？芍瞥砂濉h(huán)、葉片、軸、緊固件和彈性元件、板結(jié)構(gòu)件、機(jī)箱等部件。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

GJB2612-1996《高溫合金冷拉絲焊接規(guī)范》

《WZ8系列GH4169合金棒材》HB6702-1993

Q/6S1034-1992GH4169高溫緊固件合金棒材

GH4169合金鍛件Q/3B548-1996

GH4169合金鍛件Q/3B548-1996

YZGH4169合金棒材Q/3B4048-1993

GH4169合金板材Q/3B4050-1993

GH4169合金絲材Q/3B4051-1993

GB/T1492-2005《高溫合金》

GH4169熱處理制度

合金具有不同的熱處理系統(tǒng)，以控制晶粒度、形狀、分布和數(shù)量，從而獲得不同層次的機(jī)械性能。合金熱處理系統(tǒng)分為三類：

I:(1010~1065)℃±10℃、1h、油冷、空冷或水冷+720℃±5℃、8h，50℃/h爐冷至620℃±5℃、8h、空冷。該系統(tǒng)處理的材料晶粒粗化，晶體邊界和晶體內(nèi)無δ相，缺口敏感性強(qiáng)，但有利于提高沖擊性能抗低溫氫脆性。

2:(950~980)℃±10℃，1h，油冷，空冷或水冷+720℃±5℃，50℃/h爐冷至620℃±5℃，8h，空冷。

三:720℃±5℃，8h，50℃/h爐冷至620℃±5℃，8h，空冷。該系統(tǒng)處理后，材料中的δ相對(duì)較少，可以提高材料的強(qiáng)度和沖擊性能。該系統(tǒng)也被稱為直接及時(shí)熱處理系統(tǒng)。

GH4169規(guī)格與狀態(tài)

模鍛件(盤、盤整鍛件)、蛋糕、環(huán)、棒(鍛棒、軋棒、冷拉棒)、板、絲、帶、管、不同形狀和尺寸的緊固件、彈性元件等。交貨狀態(tài)由供需雙方約定。絲綢在約定的交貨狀態(tài)下盤裝交貨。

GH4169工藝

合金冶煉工藝分為三類：真空感應(yīng)爐渣重熔；真空感應(yīng)與真空電弧重熔；真空感應(yīng)爐渣重熔與真空電弧重熔。所需的冶煉工藝可根據(jù)零件的使用要求進(jìn)行選擇，以滿足應(yīng)用要求。

應(yīng)用和要求制造盤、環(huán)、箱、軸、葉片、緊固件、彈性元件、氣體導(dǎo)管、密封元件、焊接結(jié)構(gòu)部件等各種靜態(tài)部件和旋轉(zhuǎn)部件；制造核能工業(yè)應(yīng)用的各種彈性元件和框架；制造石油和化工應(yīng)用的部件和其他部件。近年來，在深化合金研究和擴(kuò)大合金應(yīng)用的基礎(chǔ)上，為了提高質(zhì)量和降低成本，開發(fā)了許多工藝：氦冷卻工藝，有效減少鈮分析，降低成本，縮短生產(chǎn)周期，擴(kuò)大產(chǎn)品生產(chǎn)范圍。

功能考核

渦輪盤、拋油盤、整體轉(zhuǎn)子、軸、緊固件等部件已按照發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)規(guī)范通過超轉(zhuǎn)、破裂、低循環(huán)疲勞試驗(yàn)通過長期（壽命）試驗(yàn)和試飛發(fā)射評(píng)估，滿足設(shè)計(jì)和應(yīng)用要求。

GH4169性能。

由于GH4169合金中鈮含量高，合金中的鈮偏析成分與冶金工藝直接相關(guān)。電渣重熔和真空電弧熔化的熔化速度和電極棒的質(zhì)量狀態(tài)直接影響材料的質(zhì)量。熔化速度快，容易形成富鈮黑斑；熔化速度慢，會(huì)形成可憐的鈮白斑；電極棒表面質(zhì)量差，電極棒內(nèi)裂紋，容易導(dǎo)致白斑形成。因此，冶煉過程的關(guān)鍵因素是提高電極棒的質(zhì)量，控制熔化速度，提高鋼錠的凝固速率。為避免鋼錠中元素偏析過多，鋼錠直徑不大于508mm。產(chǎn)品均勻化過程必須確保鋼錠中的L相*溶解。根據(jù)鋼錠和中間坯的直徑，鋼錠兩階段均勻化和中間坯的二次均勻化處理時(shí)間。均勻化過程的控制與材料中鈮的偏析程度直接相關(guān)。1160℃、20h+1180℃、44h均勻化過程不足以消除鋼錠中心的偏析，建議采用以下工藝：

1.1150℃~1160℃，20h~30h+1180℃~1190℃，110h~130h；2.1160℃，24h+1200℃，70h。均勻處理的合金具有良好的熱加工性能。鋼錠的開坯加熱溫度不得超過1120℃。鍛件的鍛造工藝應(yīng)根據(jù)鍛件的使用情況和應(yīng)用要求，結(jié)合制造商的條件來確定。開坯和生產(chǎn)鍛件時(shí)，必須根據(jù)軍件所需的組織狀態(tài)和性能確定中間退火溫度和終端溫度。一般來說，鍛造的終端溫度應(yīng)控制在930℃~950℃之間。

GH4169預(yù)熱

工件必須在加熱前和加熱過程中清潔表面，以保持表面清潔。如果加熱環(huán)境中含有硫、磷、鉛或其他低熔點(diǎn)金屬，GH4169合金將變脆。雜質(zhì)來自標(biāo)記漆、粉筆、潤滑油、水、燃料等。燃料硫含量低，如液化氣、天然氣雜質(zhì)含量低于0.1%，城市氣體硫含量低于0.25g/m3，石油氣硫含量低于0.5%。加熱的電爐應(yīng)具有更準(zhǔn)確的溫度控制能力。爐氣必須中性或弱堿性，以避免爐氣成分在氧化和還原中波動(dòng)。

GH4169熱加工

GH4169合金的適宜熱加工溫度為1120-900℃。冷卻方法可為水淬或其他快速冷卻方法。熱加工后應(yīng)及時(shí)退火，以確保性能。熱加工時(shí)，材料應(yīng)加熱到加工溫度的上限。為保證加工過程中的塑性，變形量達(dá)到20%時(shí)，終加工溫度不得低于960℃。

GH4169冷加工

冷加工應(yīng)在固溶后進(jìn)行，GH4169的加工硬化率大于奧氏體不銹鋼，因此應(yīng)相應(yīng)調(diào)整加工設(shè)備，并在冷加工過程中進(jìn)行中間退火。

GH4169熱處理

不同的固溶處理和及時(shí)處理工藝將獲得不同的材料性能。由于γ相的擴(kuò)散率較低，GH4169合金可以通過長時(shí)間的及時(shí)處理獲得機(jī)械性能。

GH4169打磨

GH4169工件焊縫附近的氧化物比不銹鋼更難去除，需要用細(xì)砂帶打磨。在硝酸和氫氟酸混合酸中酸洗前，用砂紙去除氧化物或鹽浴預(yù)處理。

GH4169機(jī)加工

GH4169的加工應(yīng)在固溶后進(jìn)行?？紤]到材料的加工硬化，GH4169不同于奧氏體不銹鋼。

GH4169焊接

沉淀硬化GH4169合金非常適合焊接，無焊接后開裂傾向。適焊性、易加工性、高強(qiáng)度是該材料的主要優(yōu)點(diǎn)。GH4169適用于電弧焊、等離子焊等。焊接前，材料表面應(yīng)清潔、無油、無粉筆記等，焊縫周圍25mm內(nèi)應(yīng)拋光亮金屬。